《容器开孔补强设计》PPT课件.ppt

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1、容器的开孔设计容器的开孔设计容器的开孔设计容器的开孔设计 Contents Contents适用的开孔范围不另行补强的最大开孔直径等面积补强的设计方法补强的设计原则与补强结构41235补强圈标准 Contents容器开孔接管后带来的问题容器开孔接管后带来的问题1.开孔后使承载截面减小，承载材料的削弱。2.接管处容器壳体与接管形成不连续结构而产生边缘应力3.焊接缺陷和残余应力开孔接管部位的应力集中开孔接管部位的应力集中 Contents开孔接管根部应力集中的特点开孔接管根部应力集中的特点v应力集中的范围是很有限的vd/D越大，应力集中越严重v/D越小，应力集中越严重v增大接管壁厚，可减小应力集中

2、v球壳上开孔的应力集中小于柱壳上开孔的应力集中开孔接管补强的目的：开孔接管补强的目的：使孔边的应力峰值降低到允许值。使孔边的应力峰值降低到允许值。Contents开孔补强的设计准则开孔补强的设计准则-等面积补强准则等面积补强准则定义：定义：壳体因开孔被削弱的承载面积，须有补强材壳体因开孔被削弱的承载面积，须有补强材料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。料在离孔边一定距离范围内予以等面积补偿。优点：在一般情况下可以满足开孔补强设计的需要，方法简便，且在工程上有很长的使用历史和经验。我国的容器标准主要采用了这一方法。Contents缺点：等面积法忽视了开孔处应力集中与开孔系数的影响，例如相同大小

3、的孔，当壳体直径很大时 较小，造成的强度削弱就少，反之壳体直径很小时 很大，造成的削弱也大。因此等面积法有时显得富裕，有时显得不足。计算：参见 JB/150-1998 Contents开孔补强的设计准则开孔补强的设计准则-塑性失效补强设计塑性失效补强设计原则原则定义定义定义定义：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极：开孔容器的接管处达到全域塑性时的极限应力应等于无孔壳体的屈服应力，同时按弹限应力应等于无孔壳体的屈服应力，同时按弹限应力应等于无孔壳体的屈服应力，同时按弹限应力应等于无孔壳体的屈服应力，同时按弹性计算的最大应力应

4、不超过两倍的屈服极限。性计算的最大应力应不超过两倍的屈服极限。性计算的最大应力应不超过两倍的屈服极限。性计算的最大应力应不超过两倍的屈服极限。注意注意注意注意：此补强方法只允许采用整体锻件补强结构此补强方法只允许采用整体锻件补强结构此补强方法只允许采用整体锻件补强结构此补强方法只允许采用整体锻件补强结构 Contents补强结构补强结构局部补强局部补强整体补强整体补强补强圈补强补强圈补强厚壁接管补强厚壁接管补强整锻件补强整锻件补强补强结构补强结构 Contents1、整体补强、整体补强 用增加整个壳体壁厚的办法来降低开孔附近的应力用增加整个壳体壁厚的办法来降低开孔附近的应力；由于开；由于开孔应

5、力集中的明显局部性，在不大的范围以外便恢复到正常孔应力集中的明显局部性，在不大的范围以外便恢复到正常的应力值，故除了制造或结构上的需要以外，一般并不需要的应力值，故除了制造或结构上的需要以外，一般并不需要把整个容器壁加厚。把整个容器壁加厚。2、局部补强结构、局部补强结构指另外在壳体开孔处的一定范围内增加补强元件或增大壳体壁指另外在壳体开孔处的一定范围内增加补强元件或增大壳体壁厚、接管壁厚厚、接管壁厚。如果将连接处的接管或壳体壁厚适当加厚，上如果将连接处的接管或壳体壁厚适当加厚，上述局部地区的应力集中在很大程度上得到缓和，应力集中系数述局部地区的应力集中在很大程度上得到缓和，应力集中系数可以控制

6、在所允许的范围内。可以控制在所允许的范围内。Contents压力容器开孔局部补强压力容器开孔局部补强（1）补强圈补强）补强圈补强结构：结构：补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见图。补强圈贴焊在壳体与接管连接处，见图。优点：优点：结构简单，制造方便，使用经验丰富；结构简单，制造方便，使用经验丰富；缺点：缺点：1）与壳体金属之间不能完全）与壳体金属之间不能完全贴合，传热效果差，在中温以贴合，传热效果差，在中温以上使用时，存在较大热膨胀差，上使用时，存在较大热膨胀差，在补强局部区域产生较大的热在补强局部区域产生较大的热应力；应力；2）与壳体采用搭接连接，难）与壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，抗疲劳

7、性以与壳体形成整体，抗疲劳性能差。能差。Contents应用：应用：一般使用在：一般使用在：静载、常温、中低压、静载、常温、中低压、材料的标准抗拉强度低于材料的标准抗拉强度低于540MPa、补强圈厚度小于或等于补强圈厚度小于或等于n、壳体名义厚度壳体名义厚度n不大不大38mm的场合。的场合。标准：标准：HG21506-1992补强圈补强圈，JB/T4736-2002补强圈补强圈 Contents（2）厚壁接管补强）厚壁接管补强结构：结构：特点：特点：应用：应用：在开孔处焊上一段厚壁接管，见图。在开孔处焊上一段厚壁接管，见图。补强处于最大应力区域，能更有效地降低补强处于最大应力区域，能更有效地降

8、低应力集中应力集中应力集中应力集中系数系数系数系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检验，补强效果较好。检验，补强效果较好。高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢高强度低合金钢制压力制压力容器由于材料缺口敏感容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该性较高，一般都采用该结构，但必须保证结构，但必须保证焊缝焊缝焊缝焊缝全熔透全熔透全熔透全熔透。Contents（3）整锻件补强）整锻件补强结构：结构：将接管和壳体连接处及加强部分做成一个整体锻件，然将接管和壳体连接处及加强部分做成一个整体锻件，然将接管和壳体连接处及加强部分做成一个整体锻件，然将接管和

9、壳体连接处及加强部分做成一个整体锻件，然后再与接管和壳体焊在一起后再与接管和壳体焊在一起后再与接管和壳体焊在一起后再与接管和壳体焊在一起，见图。见图。Contents优点：优点：补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系补强金属集中于开孔应力最大的部位，应力集中系数最小。并且采用对接焊接接头，使焊缝及其热影数最小。并且采用对接焊接接头，使焊缝及其热影数最小。并且采用对接焊接接头，使焊缝及其热影数最小。并且采用对接焊接接头，使焊缝及其热影响区离开最大应力点的位置，抗疲劳性能好，疲劳响区离开最大应力点的位置，

10、抗疲劳性能好，疲劳响区离开最大应力点的位置，抗疲劳性能好，疲劳响区离开最大应力点的位置，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低寿命只降低寿命只降低寿命只降低10101515左右。左右。左右。左右。缺点：缺点：锻件供应困难，制造成本较高。锻件供应困难，制造成本较高。应用：应用：重要压力容器，如核容器、材料屈服点在重要压力容器，如核容器、材料屈服点在500MPa以以上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大上的容器开孔及受低温、高温、疲劳载荷容器的大直径开孔容器等。直径开孔容器等。Contents适用的开孔范围适用的开孔范围 壳体上开孔直径越大，则开孔系数壳体上开孔直径越大，则开孔系数壳体上开孔直径越大，

11、则开孔系数壳体上开孔直径越大，则开孔系数越大，应力越大，应力越大，应力越大，应力集中系数也越大。因此，我国集中系数也越大。因此，我国集中系数也越大。因此，我国集中系数也越大。因此，我国GB150GB150GB150GB150钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器中对开孔直径的最大值加以限制。中对开孔直径的最大值加以限制。中对开孔直径的最大值加以限制。中对开孔直径的最大值加以限制。（1 1）圆筒开孔的限制，当内径）圆筒开孔的限制，当内径D Di i 1500mm 1500mm时，开时，开孔最大直径孔最大直径dd1 1/2Di/2Di ，且，且d520mmd520mm；当内径当内径 15

12、00mm 1500mm时，开孔最大直径时，开孔最大直径d d 1 1/3Di/3Di ，且，且d1000mmd1000mm。（2 2）凸形封头或球壳的开孔最大直径）凸形封头或球壳的开孔最大直径 d d 1 1/2Di/2Di 。（3 3）锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径）锥壳（或锥形封头）的开孔最大直径d d 1 1/3Di/3Di ，DiDi为开孔中心处的锥壳内直径。为开孔中心处的锥壳内直径。（4 4）在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的）在椭圆形或碟形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面中心线宜垂直于封头表面 Contents不需要补强的最大孔径不需要补强的最大孔径GBl5

13、0GBl50钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器钢制压力容器对不需另行补强的最大对不需另行补强的最大对不需另行补强的最大对不需另行补强的最大开孔直径的最新规定，当壳体开孔满足下述全部要开孔直径的最新规定，当壳体开孔满足下述全部要开孔直径的最新规定，当壳体开孔满足下述全部要开孔直径的最新规定，当壳体开孔满足下述全部要求时可允许不需另行补强。求时可允许不需另行补强。求时可允许不需另行补强。求时可允许不需另行补强。（）（）设计压力小于或等于设计压力小于或等于2.5MPa2.5MPa；（2 2）两相邻开孔中心的距离）两相邻开孔中心的距离(对曲面间距对曲面间距以弧长计算以弧长计算)应不小于两孔直径之和的两倍；应不小于两孔直径之和的两倍；（3 3）接管公称外径小于或等于）接管公称外径小于或等于89mm89mm；（4 4）接管最小壁厚满足下表）接管最小壁厚满足下表3-93-9的要求。的要求。Thank You!Thank You!